BIM技術(shù)在優(yōu)化模板工程中的應(yīng)用

王耀耀 張立國 毛旭 田飛龍 王祥陽 鮑晗

摘要：自BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域以來，已經(jīng)為建筑行業(yè)帶來了實(shí)質(zhì)性的變革，大大改善了建筑行業(yè)粗放型、低效益的發(fā)展?fàn)顩r。但是，由于建筑工程的復(fù)雜性導(dǎo)致了BIM的應(yīng)用很多模塊沒有得到充分的利用，需要進(jìn)一步的進(jìn)行實(shí)踐探討。模板及支撐體系作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件，從工程起始到工程竣工均發(fā)揮著重要作用。將BIM技術(shù)應(yīng)用于模板工程的優(yōu)化管理可以有效解決模板工程中的難題，達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化、精準(zhǔn)下料、控制成本、安全高效等效果。

Abstract： Since the application of BIM technology in the field of architecture， it has brought substantial changes to the construction industry， greatly improving the development of extensive and low efficiency in the construction industry. However， because of the complexity of the construction engineering， many modules of the BIM application have not been fully utilized， and further practice is needed. As a supporting member of reinforced concrete structure， the formwork and support system play an important role from the beginning of the project to the completion of the project. Applying BIM technology to the optimization management of template engineering can effectively solve the problems in template engineering， and achieve the effect of design optimization， precise blanking， cost control， safety and high efficiency.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；模板工程；精準(zhǔn)下料；成本控制

Key words： BIM technology；template engineering；precision blanking；cost control

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）25-0228-04

0 引言

近年來，隨著BIM技術(shù)在建筑工程中的不斷應(yīng)用，在技術(shù)不斷完善、功能不斷更新的同時(shí)也給建筑業(yè)帶來了前所未有的變革。通過數(shù)字信息仿真技術(shù)模擬施工對(duì)象的真實(shí)信息，依靠其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)[1]，有效的保障了設(shè)計(jì)深化水平、工程管理質(zhì)量、工期節(jié)約管控、人員安全保障和工程資金效益。

本文首先對(duì)BIM技術(shù)在模板工程中的各方面應(yīng)用進(jìn)行分析，然后結(jié)合BIM技術(shù)在沈陽盛京金融廣場(chǎng)項(xiàng)目模板工程中的應(yīng)用，探討模板工程施工中運(yùn)用BIM技術(shù)的具體方法以及為工程建設(shè)帶來的效益。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

沈陽盛京金融金融廣場(chǎng)項(xiàng)目A、C標(biāo)段由住宅、商業(yè)、辦公樓、附屬用房等部分組成。工程總建筑面積477095m2，其中地下建筑面積129018m2，地上建筑面積345077m2。辦公樓建筑總高度297.6m，住宅樓平均建筑高度為190.85m。住宅樓為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，辦公樓為鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)，工程主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，從項(xiàng)目開工至項(xiàng)目結(jié)束模板工程一直起到非常重要的作用。

2 模板工程的重要性及施工難點(diǎn)

2.1 模板工程的重要性

2.1.1 工程安全性 模板工程作為新澆筑混凝土的支撐結(jié)構(gòu)在混凝土結(jié)構(gòu)建造過程中起著非常重要的作用，同時(shí)也面臨著極大的安全挑戰(zhàn)，是整個(gè)工程項(xiàng)目中危險(xiǎn)系數(shù)最大、安全事件發(fā)生率最高的工程部位之一，所以在模板工程的設(shè)計(jì)、施工、管理方面必須謹(jǐn)慎。

2.1.2 工程經(jīng)濟(jì)性 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，模板工程需投入大量人力物力，其中模板工程用工量達(dá)混凝土工程總用工量的30%-40%，工期消耗大約為總工期的一半，所需費(fèi)用投入大約為總體費(fèi)用的20%-30%，所以做好模板工程的精準(zhǔn)預(yù)算、精準(zhǔn)結(jié)算、精益管理對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)管理至關(guān)重要。

2.1.3 工程施工技術(shù) 多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)中的技術(shù)難點(diǎn)、新技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用都集中在混凝土工程中，而模板工程又是混凝土工程的技術(shù)難點(diǎn)，不斷地實(shí)現(xiàn)模板工程施工技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，是有效解決混凝土施工過程中的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、管理問題的方法。

2.1.4 工程質(zhì)量 模板工程的施工質(zhì)量直接影響著混凝土工程的施工質(zhì)量，因模板工程施工過程中模板定位錯(cuò)誤、模板拼裝漏模、支撐體系嚴(yán)重不均勻沉降等導(dǎo)致的工程質(zhì)量以及安全問題屢見不鮮，對(duì)工程造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和不安全因素。

2.1.5 工程進(jìn)度 模板工程的施工進(jìn)度直接影響著混凝土工程的總體進(jìn)度，模板拼裝錯(cuò)誤、支撐體系搭接不正確、現(xiàn)場(chǎng)施工工序連接不緊密、項(xiàng)目管理松懈等都會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度延緩。

2.1.6 其他方面 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目中模板工程施工中需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模板切割加工、支撐鋼管的架設(shè)，是嚴(yán)重影響項(xiàng)目綠色施工、文明施工的重要因素。

2.2 模板工程施工難點(diǎn)

2.2.1 危險(xiǎn)性大 模板工程尤其是高大模板工程因建筑工程要求往往模板及支撐體系搭設(shè)高度比較高、跨度大，再加上自身結(jié)構(gòu)龐雜以及混凝土澆筑后自重大、結(jié)構(gòu)面積大且復(fù)雜，所以存在極高的危險(xiǎn)性。模板及其支撐體系一旦發(fā)生坍塌，牽連的施工作業(yè)面廣、涉及的工種多，將會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果，所以在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)察等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格要求，往往受到各方廣泛關(guān)注。

2.2.2 材料浪費(fèi)嚴(yán)重 模板工程施工的過程中容易發(fā)生材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，主要體現(xiàn)在前期策劃過程中對(duì)模板預(yù)拼裝以及支撐體系預(yù)排布不合理造成實(shí)際施工過程中模板制作偏差造成的多余角料、廢料過多；材料采購統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確造成的模板以及支撐體系下料過剩；模板工程施工時(shí)材料周轉(zhuǎn)不合理、材料閑置造成的材料浪費(fèi)等。

2.2.3 工期延誤 混凝土工程中模板工程的工程量大，工作面廣，工種交互作業(yè)復(fù)雜，是造成項(xiàng)目工期延誤的重要環(huán)節(jié)，造成工期延誤的主要原因有一下幾點(diǎn)：前期設(shè)計(jì)策劃不合理，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工之間出現(xiàn)矛盾造成設(shè)計(jì)變更及現(xiàn)場(chǎng)窩工；模板工程施工與材料采購之間時(shí)間節(jié)點(diǎn)中斷導(dǎo)致的工期延誤；現(xiàn)場(chǎng)管理人員交底不明確、施工人員對(duì)施工內(nèi)容理解不充分導(dǎo)致施工錯(cuò)誤造成返工；現(xiàn)場(chǎng)管理混亂，各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)之間中斷頻繁導(dǎo)致的施工進(jìn)度緩慢。

2.2.4 不文明施工 模板工程施工過程中對(duì)模板的制作大多是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，造成的木屑難以清除，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成污染。同時(shí)，加工過程中會(huì)伴隨大量噪音污染，不利于現(xiàn)場(chǎng)文明管理及綠色施工管理。

3 BIM技術(shù)優(yōu)化模板工程的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的模板工程施工依賴于對(duì)CAD圖紙的理解，通過對(duì)二維CAD圖紙進(jìn)行逐級(jí)解讀，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底施工。傳統(tǒng)方法過程繁瑣，容易出錯(cuò)，施工作業(yè)是在作業(yè)人員完全解讀圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，當(dāng)工程量比較大或者工程比較復(fù)雜的情況下對(duì)于施工管理人員以及施工作業(yè)人員的挑戰(zhàn)非常大，往往會(huì)對(duì)工期、工程質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益造成較大影響。將BIM技術(shù)應(yīng)用于模板工程中可以有效解決傳統(tǒng)施工方法中的弊端。

3.1 3D模型深化設(shè)計(jì)，預(yù)拼裝更加合理、材料節(jié)省優(yōu)勢(shì)明顯 基于項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)BIM模型進(jìn)行模板工程相關(guān)深化設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行模板工程支撐體系的支架搭接，支撐體系符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求：垂直方向和水平方向剪刀撐的構(gòu)架與連接、支架的豎桿垂直度及橫桿水平誤差、龍骨位置要求、掃地桿的設(shè)置等。同時(shí)整體架設(shè)上滿足支撐體系頂部，預(yù)澆筑主體結(jié)構(gòu)底部滿足梁下支架必須落地的要求，保證支撐體系一次性搭接成型。對(duì)模板進(jìn)行預(yù)拼裝設(shè)計(jì)，保證模板無縫拼接。將做好的3D模板及支撐體系模型導(dǎo)入Navisworks中進(jìn)行模板與預(yù)澆筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，保證模板標(biāo)高的準(zhǔn)確性。

利用BIM技術(shù)的可視化及參數(shù)化功能對(duì)模板工程進(jìn)行模擬施工，在設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，提前找出最合理的施工方式，避免實(shí)際施工過程中出現(xiàn)施工不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況，減少施工錯(cuò)誤率，同時(shí)大大降低了安全事故發(fā)生的幾率。依靠BIM建模軟件Revit模型明細(xì)表，得到相應(yīng)材料的采購用量統(tǒng)計(jì)表，提前與廠家聯(lián)系進(jìn)行備料并依據(jù)不同尺寸、形狀模板統(tǒng)計(jì)表對(duì)模板進(jìn)行工廠加工，可以達(dá)到精準(zhǔn)成本控制、加快施工進(jìn)度、文明施工的效果。

3.2 BIM可視化交底，提高工程質(zhì)量 將經(jīng)過深化設(shè)計(jì)的合理BIM模型導(dǎo)入Navisworks中，制作交底資料，包括：可視化漫游動(dòng)畫、模板工程作業(yè)整體效果圖、復(fù)雜部位及容易出錯(cuò)部位詳圖等。通過可視化材料交底，施工管理人員和施工作業(yè)人員都可更加深入的了解設(shè)計(jì)意圖、施工步驟及作業(yè)要點(diǎn)。施工過程中作業(yè)人員根據(jù)交底材料可以清楚獲取模板及支撐體系的參數(shù)信息，例如：橫向豎向剪刀撐布置位置及扣件數(shù)量、腳手架抱柱位置、掃地稱布置方式、龍骨安裝位置等。通過可視化交底與施工，可以大大提高模板工程以及混凝土工程的施工質(zhì)量，大大降低甚至避免施工錯(cuò)誤。

3.3 BIM技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)管理，促進(jìn)成本與進(jìn)度管控 利用BIM技術(shù)對(duì)模板工程現(xiàn)場(chǎng)施工管理進(jìn)行管控，根據(jù)Revit中的明細(xì)表數(shù)據(jù)庫對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，快速統(tǒng)計(jì)出模板工程中不同尺寸、形狀模板以及鋼管、扣件的數(shù)量，制定相應(yīng)的物資采購計(jì)劃，對(duì)模板進(jìn)行工廠化加工，精準(zhǔn)模板下料，杜絕浪費(fèi)，節(jié)約成本。合理安排現(xiàn)場(chǎng)施工與材料訂購的環(huán)節(jié)銜接，運(yùn)用BIM數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)掌握模板工程施工情況，從材料的需求與配送、施工節(jié)點(diǎn)的檢查、施工質(zhì)量驗(yàn)收等方面進(jìn)行管控，保證工程各個(gè)參與方之間的工作聯(lián)動(dòng)性，消除施工過程中資源分配之間的矛盾與沖突，大大加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本。

4 BIM技術(shù)優(yōu)化模板工程施工應(yīng)用

本文以沈陽盛京金融廣場(chǎng)項(xiàng)目為工程背景，選取工程項(xiàng)目危險(xiǎn)性最高的高支模工程闡述BIM技術(shù)在優(yōu)化模板工程中的具體應(yīng)用。

4.1 施工工藝流程 運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)化模板工程施工工藝流程如圖1所示。

4.2 工程材料選型與設(shè)計(jì)

4.2.1 材料選型 結(jié)合工程實(shí)際情況、安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)供應(yīng)等方面進(jìn)行綜合考慮，并針對(duì)項(xiàng)目高支模工程部分進(jìn)行詳細(xì)分析，模板工程選用輪扣式腳手架作為支撐系統(tǒng)。（表1）

4.2.2 初步設(shè)計(jì) 本工程以500mm×1100mm、600mm×2450mm、700mm×1800mm、800×2000、900×2000的梁截面和350mm厚、450mm厚的板作為設(shè)計(jì)計(jì)算模型，選用整體穩(wěn)定性較好的輪扣式腳手架—扣件式腳手架體系，配合剪刀撐及豎向結(jié)構(gòu)拉結(jié)，保證架體的整體穩(wěn)定，滿足高支模的施工要求。

①為了避免架體承載力偏心受壓而降低，在架體立桿頂部設(shè)微調(diào)螺栓（U托），使立桿成為典型的軸心受壓構(gòu)件，充分發(fā)揮立桿的作用。②在每根立管350mm處設(shè)置掃地桿。③采用立桿支撐樓板、橫桿下另設(shè)立桿支撐梁，使用1.2m、2.4m、3m等多種輪扣管配合搭設(shè)，且梁板支撐整體連接的合支方法，保證模板支撐架形成整體幾何不變體系。

4.2.2.1 高支模支撐體系（表2）

4.2.2.2 豎向剪刀撐與水平剪刀撐設(shè)置

①支撐體系的布置：對(duì)每個(gè)支模澆筑單元體系的外側(cè)四周設(shè)置自下而上的豎向連續(xù)剪刀撐，滿堂腳手架中間縱橫間距不大于10m設(shè)自下而上的豎向連續(xù)剪刀撐單元，每個(gè)單元縱橫尺寸為4500～6000mm，由此分割的單元內(nèi)在由下而上的第四道水平桿標(biāo)高設(shè)置水平剪刀撐，并在縱橫向相鄰的兩豎向連續(xù)式剪刀撐之間加設(shè)連續(xù)剪刀撐。（圖2）

②剪刀撐要求：1）剪刀撐桿件的底端與樓面頂緊，剪刀撐（斜桿）每步與立桿扣接，（斜桿）與地面夾角應(yīng)在45度～60度之間，扣接點(diǎn)距鋼管十字節(jié)點(diǎn)的距離≤150mm；當(dāng)出現(xiàn)不能與立桿扣接的情況時(shí)可采取與橫桿扣接，扣接點(diǎn)必須牢固；2）剪刀撐采用搭接連接，搭接長(zhǎng)度≥1000mm，且連接的旋轉(zhuǎn)扣件不少于3個(gè)，端部扣件蓋板的邊緣至桿端距離不得小于100mm。

水平剪刀撐設(shè)置位置為：掃地桿處及梁板下，共計(jì)兩道，兩道水平剪刀撐間距不大于5m，水平剪刀撐跨度為4.5m～6m。

豎向剪刀撐連續(xù)設(shè)置，角度為45°～60°之間，鋼管搭接部位搭接長(zhǎng)度不小于1m，至少用三個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件相連。

4.2.2.3 抱柱措施 為增加高支模架體穩(wěn)定性，架體所有立桿每步距縱橫向設(shè)置水平桿，中間不準(zhǔn)斷開，端部與已有結(jié)構(gòu)頂緊，且梁、板架體遇混凝土澆筑完畢的柱采取抱柱措施，抱柱水平桿位置與水平剪刀撐相同，且不得少于2道。

4.3 模板工程BIM模型建立與深化 針對(duì)上節(jié)中對(duì)模板工程相關(guān)支撐體系的初步設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行BIM深化。首先，建立項(xiàng)目BIM可視化三維建筑模型；其次，在項(xiàng)目建筑模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行模板工程相關(guān)模型的建立。最后，對(duì)所建立的模板工程三維可視化模型進(jìn)行合理化深化設(shè)計(jì)。模板工程3D模型的設(shè)計(jì)與深化是該項(xiàng)目精準(zhǔn)模板下料、材料采購統(tǒng)計(jì)、精準(zhǔn)成本控制、精益工程質(zhì)量管理的基礎(chǔ)，是解決設(shè)計(jì)與施工矛盾沖突帶來的設(shè)計(jì)變更的有效辦法。（圖4）

4.3.1 采購計(jì)劃表 根據(jù)建立的BIM模型以及生成BIM數(shù)據(jù)明細(xì)表進(jìn)行精準(zhǔn)模板下料統(tǒng)計(jì)、材料采購用量統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而建立采購計(jì)劃表。報(bào)商務(wù)部進(jìn)行算量核對(duì)后進(jìn)行物資采購、模板工廠加工等。

4.3.2 可視化交底材料制作 將建立的BIM三維模型導(dǎo)入Navisworks中，制作可視化漫游動(dòng)畫視頻以及模板工程相關(guān)部位節(jié)點(diǎn)詳圖結(jié)合軟件Navisworks的注釋、標(biāo)注功能對(duì)詳圖的關(guān)鍵信息進(jìn)行注釋。最后將交底材料整理成冊(cè)。

4.3.3 組建優(yōu)秀施工團(tuán)隊(duì) 根據(jù)施工需要組建優(yōu)秀施工團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)管理人員具備多年施工經(jīng)驗(yàn)并且有專門的BIM工程師，具備基本的BIM相關(guān)知識(shí)，以便于與項(xiàng)目部人員進(jìn)行溝通交流。

4.3.4 可視化交底會(huì)議 組織施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行可視化交底會(huì)議。將可視化交底材料中容易出錯(cuò)的地方以及重點(diǎn)部位進(jìn)行多次觀看學(xué)習(xí)，保證每位施工人員都能熟練掌握該部位工程施工要求及做法。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)吊裝 根據(jù)REVIT模板及腳手架用量統(tǒng)計(jì)表，結(jié)合施工平面布置圖，統(tǒng)計(jì)出不同階段，每個(gè)施工部位所需要模板及腳手架材料的用量，進(jìn)行定點(diǎn)吊運(yùn)，節(jié)省材料不必要倒運(yùn)損耗時(shí)間。

4.5 模板工程施工 有效組織施工人員進(jìn)行施工作業(yè)，嚴(yán)格按照施工交底內(nèi)容進(jìn)行作業(yè)，避免出現(xiàn)不必要的施工錯(cuò)誤。

4.6 完工檢查與清理 模板工程施工完成后檢查模板及腳手架排布安裝與交底內(nèi)容的差別，找出差別原因并予以解決；檢查投放材料剩余情況，并進(jìn)行清理。

5 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用改善了建筑行業(yè)生產(chǎn)效率低下、浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，BIM技術(shù)在模板工程中的應(yīng)用解決了施工的質(zhì)量差、管理混亂、材料浪費(fèi)、進(jìn)度緩慢、效益低下的難題。雖然BIM技術(shù)已經(jīng)在模板工程中得到了應(yīng)用，但是建模過程中需建立大量的相關(guān)構(gòu)件族，工作量大且繁瑣。之后的研究可以對(duì)BIM軟件的功能進(jìn)行更深入的探討，研發(fā)關(guān)于模板構(gòu)件的內(nèi)部族，減小建模工作量，使得BIM技術(shù)更加智能化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將來AR技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)，將更大程度上提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王春濤，陳留兵.BIM技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，29（02）：81-85.

[2]黃湘富，韋繼赫.BIM技術(shù)在優(yōu)化砌體工程中的應(yīng)用[J].城市住宅，2017，24（08）：66-68.